水泥生产线用钙自动分析方法及其系统

本发明涉及一种特定量的碳酸钙经饱和化学反应后所产生的二氧化碳气压量转换为电流（或电压）量，并与标定电流（或电压）量进行比较，以确定并控制在水泥生产线上的生料中钙含量及有关成分配比的钙自动分析控制的方法及其系统。

在水泥的生产过程中，生料的配制是保证水泥产品质量的关键工序之一。换句话说，即碳酸钙铁等成份在生料中的含量，对水泥的成品质量影响极大。目前，较先进的大中型水泥厂一般是使用在生料配制粉店后，采样压制成薄片送荧光分析仪测定的方式方法来确定生料中的氧化钙含量，而后再返回通知生料配制操作人员调整终止生料中的含钙物料成分配比，以使生料中的氧化钙含量达到最佳值。这种检测方法，由于每次检测分析都得耗费较长的时间，待到对生料中的成分配比修正时已造成了相当数量的非合格品，所以即使有了相当先进的荧光分析仪，仍然需得主要依赖于生料配制操作人员的人为经验保证生料成分正确配比;何况，生料中的水份含量及颗粒细度等等因素，都容易导致荧光分析仪测出的量值产生较大的差误。再者，对荧光分析仪的安装和使用条件要求较苛刻，固定资产投入很高，普通的小型水泥生产厂一般都不愿购置，即使能装备上荧光分析仪，也无法实现在线闭环自动控制。

本发明的目的，就是要提供一种在水泥生产流程中，可在水泥生产线上闭环（或半闭环）状对生料中的碳酸钙含量进行自动取样，分析检测，快速修正控制生料成分配比量，而且所需设备整体结构简单，一般的工人都易操作，维修管理方便、造价及运行费用低、检测精度高、性能稳定可靠的水泥生产线钙自动分析控 制方法和实施方法的系统。

为实现上述发明的目的，我们采用的技术方法是：以定量样料中的碳酸钙与盐酸在密闭容器中进行饱和化学反应后所产生的二氧化碳气体量，输入市场上销售的压力变送器中转换为电流（或电压）量，再馈入电脑控制装置分析运算，根据最终电流（或电压）量的大小并与理论标准值进行比较处理，确定生料中的钙含量，而后电脑控制装置发出控制指令信号，指挥生料配制执行机构自动调整、修正生料的成份配比量，从而达到自动控制生料中的最佳钙含量。亦即是说：实施本发明方法的系统除了全新设计的二氧化碳气体发生装置外，还包括压力变送器、电脑控制装置和生料配制执行机构等部件。新设计的二氧化碳气体发生装置配装在生料球磨机出料口之后的粉状生料输送带旁，它由依次鱼贯相承搠安装着的取样器、烘干器、称量器、反应釜以及向反应釜中定量注送盐酸的注酸器和在样料与盐酸在反应釜内进行饱和化学反应结束后，向反应釜内注入清水冲洗的清洁器组装而成。我们所用的反应釜是由一个开合底座及一个可与开合底坐密封相配扣合的釜体构成，釜体上所设的注酸口与注酸器的输酸管相连通，釜体上的进水口与清洗器的注水管连通;取样器上的取样勺在开机后即进行直线往复运动，其向前运动到终点时，便在生料输送带上铲装上一点粉状样料，待取样勺回退到取样器送料带上方时，即进行翻转，将样料倾倒到送料带上，并由送料带送落到其后面承接着的烘干器的烘料筒上，烘料筒旋转载着样料穿过烘干器烘干，而后送落入称量器上的料斗中;在料斗中的干样料逐渐达到额定量时，通过自动装置，使落料停止，其后料斗底端闸门下方所对接着的落料槽即向下滑移，落料槽下移到终点时，下端的槽口正对准敞开着的反应釜的开合底座中设置着的存料盘， 料升底端的闸门一开，样料便顺着落料槽全部滑落到存料盘中，落料槽随即上收缩回，同时反应釜的开合底座由电动机驱动着上升，直至与釜体的底缘口密封扣合，然后启动注酸器，向反应釜内注入根据化学反应平衡方程式计算得出的饱和化学反应所需的盐酸量，使酸液浸没存料盘中的样料，样料在反应釜内与足够量的盐酸饱和反应所产生的二氧化碳气体即由釜体端的出气口经滤清器滤除残余的酸气后输入到压力变送器中，此时反应釜与压力变送器管路间呈封闭状，样料与盐酸在反应釜内化学反应结束后最终产生的二氧化碳气体量即由压力变送器转换成电流（或电压）量;压力变送器的输出端口与电脑控制装置的输入接口相连通，而电脑控制装置的输出接口又是与生产料配制执行机构中各个物料的出料控制开关相连通。压力变送器输入电脑控制装置的电流（或电压）量经分析处理后，即可测出样料中的钙含量，电脑控制装置便根据计算分析结果指令生料配制机构自动修正调整含钙物料的配比。

关于本发明方法和系统，到目前为止尚未见有任何文献资料公开介绍过，用本发明方法和系统，便可实现在水泥生产线上呈闭环式随机自动连续均匀取样、测定，并及时自动修正控制生料配比;并以人工取样这简单劳动替代取样器自动取样，即呈半闭环式在线自动分析控制系统，那便省却了对取样器的安装调试和日常的检修工作，从反应釜到生料配制执行机构，仍与前叙闭环式在线自动分析控制系统一样。在将相关的数据和调控程序固存在电脑中后，任何普通技术工人都可对本发明系统施行监示和操作;系统中几乎所有的控制执行元件都是通用的电磁元件，极便于维修;以电信号检定分析、精度高、性能稳定可靠。所用的压力变送器在市场上的售价不高，电脑控制装置仅选用最简单的 单板机作机芯就已足以胜任担负所有的输入信号分析检测处理和指令发送工作。整个系统造价（包括安装费用）还不及一台荧光分析仪售价的一半。

下面，通过附图对本发明方法和系统的具体实施方案进行详述。

图1是本发明系统结构，尤其是二氧化碳气体发生装置的结构示意图。

当生料在球磨机（1）内被研磨呈粉状送出到生料输送带（2）上，在送入生料库之前，二氧化碳气体发生装置中的取样器（3）的取样勺即开始启动取样，取样勺的直线往复运动，采用简单的曲柄连杆机构或者凸轮弹性导杆机构都可实现。取样勺的结构形状和大小，以所设定的检测时间周期和检测量决定。例如，我们设定一个检测周期为15分钟，每次检测的试样为5克，取样勺每分钟往复30次，每次取样14-17毫克，即所需的取样时间为12分钟，由于生料球磨机（1）出料是连续的，取样勺每次取样的时间间隔相同，是在线随机取样，可见样料是均在的。调整取样勺的宽度或倾斜角度，便可调节每次取样量的多少。取样勺可铰装在取样杆的前端头处，当取样勺收缩至取样器（3）送料带上方时，即顶撞到固装在送料带机架上的拨块而自行翻转，将样料倾倒到送料带上。取样器（3）的送料带的传送速度以30-35毫米/秒为宜。

烘干器（4）的烘料筒最好是用不锈钢管制作，其端部配装在取样器（3）送料带终端的下方，以承接落下的样料。烘料筒套装在用耐火材料制作的加热筒内。加热筒长400-600毫米，以电炉丝通电作为热源，电炉丝旋嵌圈绕在筒壁外。烘料筒内的温度控制在100℃左右，烘料筒由电动机带动在加热筒的内壁里旋转，其样料亦在钢筒内螺旋推进，传送速度最好控制在10-12毫米/ 秒，即使样料在烘料筒中烘烤40-50秒，以保证除去样料中所含的水份，消除对样料的称量误差。称量器（5）最好是用感量为10毫克的托盘式扭力天平改制，以特制的料斗替换原装的物盘，料斗配装在烘干器（4）烘料筒出料端的下方，以承接烘干了的样料。当料斗中的干样料量达到设定的称量值时，天平就处于平衡状，此时天平便自行关锁，并触及磁控开关，使烘干器（4）和取样器（3）便又开始新一轮供料工作，同时落料槽（6）向上收缩回原位，反应釜开合底座（9）的驱动电机即将其朝上推压至与反应釜的釜体（10）底缘口密封机会。构成反应釜的开合底座（9）和釜体（10）都可用耐酸碱的工程塑料制作。因为样料每次的检测量一般设定为5克就够了，所以反应釜的容积无需太大;开合底座（9）与釜体（10）扣合面间可使用O形耐酸碱橡胶密封圈作为密封填料。

注酸器（8）最简单的方案是采用单向定量抽吸注压式结构。可使用普通的100毫升全玻璃注射器改制，即将注射器管体固定，以微型电机驱动其柱塞后移抽吸酸液和向前推压注送;注射器注射口上套装一个三通阀嘴，阀嘴与釜体（10）的进酸口相连通的输酸管间配装着单向止回阀，阀嘴旁接插于贮酸池中的吸酸管上也装着单向止回阀，以阻止酸液回流。

所用的盐酸浓度取40%为宜，浓度过大，易造成工作环境酸雾太多，锈蚀设备零部件;酸液浓度太低了，必然影响化学反应的速度，若遇样料中有较大的颗粒，还无法完全反应造成检测误差。

冲洗反应釜的清水需有一定的压力，对清洗（7）的实施方案可用机床所装置的冷却水泵和贮水箱组装制成，以冷却水泵的出水口与反应釜釜体（10）上的进水口对接;也可以是将釜体（10）上的进水口与自来水泛路接通，其间以电磁阀供停水。

压力变送器（13）最好选用PMC133型（德国产），其精度高，稳定性好。在反应釜釜体（10）出气口与压力变送器（13）进气口的连接管路中间，最好加装一个滤清器（11），用以清除化学反应后从反应釜中输出的二氧化碳气体中的酸成份，保护压力变送器;在压力变送器（13）进气口之前，还得装置一个排气阀（12），用于每次检测结束后，排除压力变送器（13）气室内的残余气体。排气阀（12）可使用一般的二位二通电磁阀。

二氧化碳气体在容器内产生的气压量与气体温度有关，即应满足查理定律，一定质量的气体，在体积不变的情况下，其压强跟热力学温度成正比：P1/P2＝T1/T2;温度每升高（或降低）1℃，增加（或减少）的压强等于它在0℃时压强的1/273。为抵消温度变化的影响，保证整个系统的检测和控制精度，最好在本发明系统的反应釜至电脑控制装置管线中设置一个温度补偿网络（14），而且该温度补偿网络（14）的补偿精度应能达4‰，以使从反应釜到压力变送器（13）和压力变送器（13）至电脑控制装置（16）及其间所连接的管线的温度条件能保持相同。

显示屏（15）最好与电脑控制装置（16）同配装在控制室内，以便于直观显示检测结果和控制操作。生料配制执行机构（17）中的各个物料的出料控制开关均与电脑控制装置（16）的输出接口连接。